挠性航天器浮动质心动力学建模

为提高挠性卫星的姿轨耦合控制精度,针对挠性卫星的姿态动力学建模问题展开研究.采用有限元与牛顿力学相结合的方法,提出一套体现卫星真实质心的浮动运动的浮动质心模型及建立在卫星浮动质心上的高精度动力学模型.利用此模型描述挠性卫星的姿态运动状态,能够准确反映出卫星的姿态运动与轨道运动之间的耦合关系以及卫星附件的挠性振动对卫星质心位置、速度的影响,进而准确估计出在挠性卫星有姿态机动的情况下各动力学要素与动态性能指标受挠性振动的影响,为提高卫星控制精度提供依据.通过仿真计算可知,应用该模型对卫星姿态机动过程进行动力学仿真所得到的结果符合实际工程约束,具有良好的可行性.     

卫星轨道控制力对挠性帆板振动的影响

针对卫星轨道控制期间,轨道控制推力对挠性附件与卫星姿态的影响问题,利用拉格朗日方程建立了带有大型太阳帆板的卫星动力学模型,分析了卫星质心运动、姿态运动与挠性振动的耦合关系.轨道控制力会激起挠性帆板振动,并且影响卫星姿态运动.当帆板相对卫星锁定在不同角度时,挠性振动与卫星质心、姿态运动的耦合关系发生变化,推力对帆板振动的影响也不同.通过数学仿真验证了轨道控制推力对挠性帆板与卫星姿态的影响.这些动力学特性为卫星轨道控制期间姿态控制问题提供了重要依据.     

基于变结构/输入成形的航天器振动抑制方法

针对挠性航天器大角度姿态机动的振动抑制问题,提出了一种基于输出反馈变结构控制和输入成形振动抑制方法相结合的主动振动控制策略.首先,采用拉格朗日方法建立中心刚体上带有弹性附件的航天器的动力学模型.然后,在基于非线性和低阶模态的动力学模型基础上,考虑挠性结构模态不可测的情况,为了避免设计状态观测器及其引入的误差,在输出反馈变结构控制的基础上,给出了滑模存在条件以及仅利用输出信息的变结构控制器设计方法,使系统的状态轨迹达到滑动平面,并保证闭环系统渐近稳定;在此基础上,应用输入成形方法设计成形控制器来抑制该系统的振动,使得航天器星体姿态和挠性附件的振动同时得到了有效的控制.该成形控制器的设计仅需闭环系统的振动频率和阻尼.将该方法应用于单轴挠性航天器的大角度rest-to-rest(静止到静止)姿态机动控制进行了仿真研究,结果表明,方法可行有效.     

挠性航天器姿态机动的自适应滑模控制

针对采用压电智能材料作为敏感器和作动器的挠性航天器姿态机动控制问题,提出一种复合控制策略.首先,基于挠性航天器的非线性动力学模型,采用自适应滑模控制技术设计了姿态机动控制器.其次,为了抑制挠性模态的振动,针对各低阶振动模态设计了正位置反馈(PPF)补偿器的反馈增益.仿真结果表明,该方法在保证挠性航天器完成姿态机动任务的同时,能有效抑制挠性附件的振动.     

改进型自适应变结构的挠性卫星姿态机动控制

针对带有输入非线性的挠性卫星的姿态机动问题,提出一种仅利用输出信息的变结构输出反馈控制方法.首先,采用拉格朗日方法建立挠性卫星的动力学模型.然后,在基于非线性和低阶模态的动力学模型基础上,给出滑模存在条件以及变结构输出反馈控制器设计的方法;另外,为了避免确定不确定性和外干扰界函数上界的困难,又给出一种改进型自适应变结构输出反馈控制器的设计方法,通过增加一负反馈项,防止了不确定界函数的参数过大而导致控制过大及系统失稳,从而使对不确定界函数的参数的估计达到更好的效果.最后,将本文提出的控制方法应用于三轴稳定挠性卫星的姿态机动控制,并进行数值仿真研究.仿真结果表明:在反作用飞轮的控制受限条件下,完成姿态机动的同时,有效地抑制挠性附件的振动.     

充液挠性飞行器的变结构控制

给出了带有多个挠性附件的充液飞行器的动力学方程,针对此模型采用变结构控制方法设计了系统的控制器。控制任务包括操纵天线使之跟踪事先给定的运动规律,并保持星体在惯性空间稳定,同时有效地抑制附件的弹性振动。通过仿真算例验证了此控制律的有效性。     

充液挠性飞行器的变结构控制

给出了带有多个挠性附件的充液飞行器的动力学方程，针对此模型采用变结构控制方法设计了系统的控制器。控制任务包括操纵天线使之跟踪事先给定的运动规律，并保持星体在惯性空间稳定，同时有效地抑制附件的弹性振动。通过仿真算例验证了此控制律的有效性。     

基于分力合成方法的航天器闭环反馈控制

为了增强分力合成主动振动抑制方法抵抗外界干扰的能力,将分力合成方法与闭环反馈控制相结合同时进行设计.用非约束模态级数方法建立解耦的姿态动力学方程和挠性附件振动方程,通过选取合适的反馈量,在设计闭环反馈参数时将挠性附件的振动和分力合成方法同时加入到约束条件中,得到最佳性能解.通过对单挠性杆模型的仿真,在满足系统各项性能指标的条件下,调整时间较分步设计方法明显减少,证明本文方法的有效性.     

具有大型天线的卫星姿态大角度机动解耦控制

为了解决卫星-天线系统的耦合动力学问题,利用一种三自由度驱动与测量机构连接天线臂与卫星平台并控制天线指向.通过该机构在卫星姿态控制系统中引入前馈控制来补偿反作用力矩,从而实现卫星平台与天线之间的解耦控制.在卫星姿态大角度机动条件下建立带有解耦机构的卫星-天线系统动力学模型.以该模型为基础设计姿态大角度机动的控制方案并进行仿真验证.仿真结果表明解耦控制方法将卫星姿态稳定度提高了两个数量级.解耦控制方法能大幅增加天线振动的阻尼,有效提高卫星稳定度.     

分力合成和智能材料相结合的振动控制方法

针对采用喷气控制的挠性航天器大角度姿态机动的振动抑制问题,提出了一种将分力合成(CSVS)和基于分布式压电陶瓷元件(PZT)振动控制相结合的主动振动抑制方法.研究了将分力合成方法应用于闭环系统的控制.为了将CSVS方法应用于具有常幅值执行机构的系统,提出将PWPF调制与CSVS相结合的方法.为了进一步抑制挠性附件的残余振动,采用分布压电陶瓷元件(PZT)作为作动器,设计正位置反馈(PPF)补偿器,增加挠性结构振动模态的阻尼,使得挠性结构的振动在较短的时间内能够迅速衰减.最后,将该方法应用于挠性航天器的单轴rest-to-rest姿态机动控制,结果验证了该方法的可行性和有效性.     

基于卫星姿态敏感器和星载天线信息的联合姿态确定方法

为提高姿态估计的速度和精度,提出一种利用星载天线信息进行姿态确定的新方法。研究分析了天线接收信号中可以用于卫星姿态确定的信息,推导并建立了由误差四元数表示的天线测量残差线性模型。基于卫星姿态敏感器的测量残差模型和天线测量残差模型,组建了陀螺/红外地平仪/太阳敏感器/天线新型联合姿态确定系统,最后利用集中式测量融合滤波对卫星姿态进行估计。仿真结果表明,天线信息的引入可以显著提高姿态确定的精度,并使整个系统的收敛速度有明显提高。     

含铰间间隙太阳帆板展开动力学仿真

为了研究铰间间隙在太阳帆板展开过程中的影响,采用非线性等效弹簧阻尼模型建立了间隙处的接触碰撞模型,同时采用Cou lomb摩擦模型考虑铰间间隙处的摩擦作用.并将其嵌入到ADAMS多体系统动力学分析软件中,对一单翼小卫星太阳帆板展开过程进行了数值仿真.研究了间隙撞击力的变化规律,分析了间隙对卫星本体姿态运动及帆板展开过程的影响.仿真结果可以较好地预测铰间间隙对卫星本体姿态运动及太阳帆板展开动力学的影响,对卫星姿态控制系统的设计和地面试验提供了参考和依据.     

卫星太阳翼阻尼器参数选定方法

为了研究阻尼器参数（位置、数量及阻尼大小）在锁定过程中对锁定冲击力矩及帆板展开到位过程中对卫星姿态角的影响,在卫星太阳翼系统建模的基础上,利用MSC.ADAMS动力学软件对太阳帆板展开过程进行了仿真分析,对展开过程中帆板之间的冲击力矩以及卫星姿态角变化进行了分析.结果表明：在连接架与帆板间施加单阻尼器可以有效地减小帆板...     

挠性航天器姿态机动的主动振动控制

针对挠性航天器三轴姿态同时机动时太阳帆板的振动抑制问题,提出了采用压电智能元件作为致动器的主动振动控制方法,基于Lagrangian方法和四元数参数化建立了航天器姿态动力学和运动学模型.利用航天器姿态控制问题固有的无源性,设计了一种仅利用姿态四元数而无需以角速度测量、挠性变形位移及速率测量作为反馈的控制规律,使得在大角度姿态机动的同时能有效地抑制太阳帆板的振动;基于Lyapunov方法证明了设计的动态控制器能够保证姿态的渐近稳定性和模态振动的衰减性.将该方法的控制效果与PD控制方法进行了比较,仿真验证了所给出的控制方法的可行性和有效性.     

基于太阳能电池板的皮卫星最优姿态确定算法

为了提高皮卫星系统的设计冗余和可靠性,太阳能电池板可以复用为粗太阳敏感器.由于具有全空间视场,这一灵活的配置对周边光源有较强的敏感性,因此,在地球反照光干扰下,测量精度不高.在这一特定情况下,研究了改进的姿态确定算法,以提高卫星的姿态测量精度.根据反照光影响下电池板的实际输出情况,重新讨论Wahba问题,提出太阳能电池板定姿的新损失函数,并推导了该函数最小二乘意义下的最优姿态确定方法.与基于Wahba模型常用的四元素估计法(QUEST)相比,该模型的定姿算法具有更高的精度.蒙特卡罗仿真表明:该算法的平均定姿误差比QUEST小17%,误差标准差比QUEST小57%.     

抛物面天线柔性对焦点动特性的影响分析

为研究星体进行调姿运动时柔性抛物面天线的弹性变形对其视在相位中心的影响,建立了计算抛物面天线动态几何焦点的数学模型,并通过航天器动力学模型对姿态调整过程中天线焦点的动态响应进行数值求解.建立由抛物面天线、太阳帆板和中心星体组成的整星有限元模型,并求出天线无约束边界条件下的固有频率和振型.通过有限元模型和ADAMS联合仿真建立航天器零次刚柔耦合动力学模型并求得姿态调整过程中天线几何焦点的动态响应特性.结果表明,航天器进行姿态调整时,柔性天线面在做大范围整体运动的同时发生弹性振动,使其几何焦点在平衡位置震荡,严重影响星载天线的指向精度.     

A comparing design of satellite attitude control system based on reaction wheel

The disturbance caused by the reaction wheel with a current controller greatly influences the accuracy and stability of the satellite attitude control system. To solve this problem, the idea of speed feedback compensation control reaction wheel is put forward. This paper introduces the comparison on design and performance of two satellite attitude control systems, which are separately based on the current control reaction wheel and the speed feedback compensation control reaction wheel. Analysis shows that the speed feedback compensation con- trol flywheel system may effectively suppress the torque fluctuation. Simulation results indicate that the satellite attitude control system with the speed feedback compensation control flywheel has improved performance.     

Adaptive Fuzzy Attitude Control of Flexible Satellite

The adaptive fuzzy control is applied in the attitude stabilization of flexible satellite. The detailed design procedure of the adaptive fuzzy control system is presented. Two T-S models are used as both controller and identifier, The parameters of the controller could be modified according to the information of the identifier. Simulation results show that the method can effectively cope with the uncertainty of flexible satellite by on-line learning and thus posses the good robustness. With the proposed method, the precise attitude control is accomplished.     

基于PZT和脉冲调制控制的挠性卫星振动抑制

针对推力器作为执行机构的挠性卫星大角度姿态机动时帆板的振动抑制问题,提出了伪速率（PSR）调制式喷气控制与基于压电陶瓷（PZT）材料的主动振动控制技术相结合的复合控制方法．该方法的前者是采用传统的PD控制,利用四元数和角速度作为反馈信号,并基于Lyapunov方法证明了姿态的渐近稳定和模态振动的衰减性;另外,为了减少推力器的非线性开关控制激起的挠性结构振动,采用PSR的准线性调制技术使推力器产生所需要的控制力矩的脉冲序列,从而实现大角度姿态机动控制;后者是通过设计正位置反馈（PPF）补偿器以增加结构的阻尼,进一步抑制挠性结构残余振动．数值仿真结果表明,该方法不仅能够使航天器完成对姿态的机动,而且能够抑制帆板的弹性振动．     

卫星姿态跟踪的模糊滑模控制器设计

针对刚体卫星的姿态跟踪问题,提出了一种模糊滑模变结构控制器设计方法。首先根据由误差四元数和误差角速度描述的跟踪误差动力学和运动学方程,设计了基于李亚普诺夫方法的滑模变结构控制律。为克服滑模控制中存在的固有的抖振问题,采用模糊控制方法设计了切换控制项。最后对卫星姿态跟踪控制系统进行了仿真研究。结果表明,在参数不确定性及外干扰存在时,所设计的控制方案在实现姿态跟踪控制的同时,对于卫星转动惯量的摄动及外部扰动力矩是鲁棒的。